摘 要 以尿素精餾塔為對(duì)象，結(jié)合其生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，深入剖析了雙法蘭差壓變送器在液位測(cè)量中波紋膜片損壞的具體原因，并提出有針對(duì)性的改進(jìn)措施，提高了液位測(cè)量的準(zhǔn)確性，延長(zhǎng)了變送器的有效使用壽命。
在某公司汽提法尿素生產(chǎn)工藝中，精餾塔是一個(gè)非常重要的設(shè)備，其主要作用是在一定的溫度( 135 ～ 178℃ ) 和壓力( 0． 4MPa) 下，將甲銨液進(jìn)一步分解脫水生成尿素。但由于尿素、甲銨液介質(zhì)易結(jié)晶、易固化等原因，廣泛使用雙法蘭帶毛細(xì)管的差壓變送器( 以下簡(jiǎn)稱雙法蘭差壓變送器) 來(lái)測(cè)量壓力和液位［1］。由于受被測(cè)介質(zhì)高溫、高壓及強(qiáng)腐蝕等工況的影響，這些雙法蘭差壓變送器易損壞，在精餾塔上的使用壽命都不長(zhǎng)，#短的僅有幾個(gè)月，對(duì)生產(chǎn)裝置的安全運(yùn)行極為不利。曾經(jīng)發(fā)生過(guò)因雙法蘭差壓變送器故障，長(zhǎng)時(shí)間輸出滿偏的假液位信號(hào)，自調(diào)回路中的調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，將精餾塔液位排空導(dǎo)致設(shè)備竄氣的生產(chǎn)事故。目前還沒(méi)有更好的手段來(lái)代替這種檢測(cè)方式，為保證裝置正常運(yùn)行，筆者對(duì)雙法蘭差壓變送器損壞原因進(jìn)行分析，并提出解決措施。
1 雙法蘭差壓變送器損壞原因剖析
1． 1 故障現(xiàn)象
該公司尿素精餾塔的液位測(cè)量都采用雙法蘭差壓變送器，但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)短不等的運(yùn)行時(shí)間，雙法蘭差壓變送器都會(huì)出現(xiàn)大致相同的故障現(xiàn)象: 儀表指示滿偏、指示不準(zhǔn)或指示波動(dòng)變化大等問(wèn)題。所以每年大修時(shí)，都要拆檢精餾塔雙法蘭差壓變送器。經(jīng)檢查，幾乎無(wú)一例外地都會(huì)發(fā)現(xiàn)，雙法蘭差壓變送器的氣相波紋膜片已損壞，要么變薄破裂，填充液滲漏，要么只剩法蘭體，波紋膜片不知去向，但液相波紋膜片卻完好無(wú)損。
1． 2 氣相膜片損壞的原因
#初懷疑是變送器膜片的質(zhì)量問(wèn)題，更換不同的知名變送器品牌( EJA、ABB、ＲOSEMOUNT)和材料( 316L、哈氏合金及鉭材等) ，但結(jié)果還是出現(xiàn)相同的現(xiàn)象: 氣相膜片損壞，液相膜片完好。于是筆者研究了雙法蘭差壓變送器氣相與液相的工況區(qū)別，氣相法蘭安裝在精餾塔分離器上部，液相法蘭安裝在分離器下部，當(dāng)分離器滿液時(shí)，兩者都被甲銨液尿素熔液所浸沒(méi)，非常好的區(qū)別就是液面高度不同而產(chǎn)生的壓力差，生產(chǎn)過(guò)程中，有可能會(huì)出現(xiàn)滿液的情況，這也屬于正常工作范圍。當(dāng)液面下降，低于氣相法蘭時(shí)，一方面液面波動(dòng)的沖擊力會(huì)使氣相膜片變形更大，另一方面甲銨液和尿素熔液很容易在氣相膜片上形成結(jié)晶并硬化，堅(jiān)硬的結(jié)晶物會(huì)損傷膜片，同時(shí)氣相比液相溫度更高，腐蝕也更嚴(yán)重，膜片減薄也就更快，而膜片是感壓元件，其厚度一般在 0． 4 ～ 0． 5mm，如果被測(cè)介質(zhì)有很強(qiáng)的腐蝕性，即使選用合適的防腐蝕材料做膜片，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用，膜片的鈍化層會(huì)被破壞，腐蝕也是無(wú)法避免的，再加上高溫高壓介質(zhì)長(zhǎng)期沖刷，膜片會(huì)越來(lái)越薄，#終膜片就很容易破裂，填充液也會(huì)滲漏掉，氣相膜片也就不能準(zhǔn)確靈敏地測(cè)量氣相的壓力變化了。而雙法蘭差壓變送器液相法蘭安裝在分離器下部，膜片一直浸沒(méi)在液體中，沒(méi)有結(jié)晶也沒(méi)有液面波動(dòng)的沖擊力和沖刷腐蝕，溫度也比氣相低了近 40℃，其減薄的速度相較氣相來(lái)說(shuō)很緩慢，可以正常使用很多年而不損壞。
2 改進(jìn)措施
通過(guò)以上分析，總結(jié)雙法蘭差壓變送器氣相膜片損壞的三大根本原因是:
a． 高溫介質(zhì)甲銨液尿素熔液的強(qiáng)腐蝕性;
b． 甲銨液和尿素易結(jié)晶固化;
c． 分離器內(nèi)液面波動(dòng)的沖擊力和沖刷作用。針對(duì)這 3 點(diǎn)原因，筆者分別采取相應(yīng)的措施加以改進(jìn)。
用聚四氟乙烯膜保護(hù)膜片，減緩介質(zhì)對(duì)氣相膜片的腐蝕。在新雙法蘭差壓變送器安裝之前，用厚度為 0． 2mm 的聚四氟乙烯膜，按變送器法蘭的直徑尺寸剪一塊圓形的膜備用，然后在氣相膜片上均勻涂抺一點(diǎn)高溫潤(rùn)滑脂，再把備用的圓形聚四氟乙烯膜松馳無(wú)張力的貼到氣相膜片上，這樣就隔絕了介質(zhì)跟氣相膜片的直接接觸，可有效地減緩介質(zhì)對(duì)波紋膜片的腐蝕。
用蒸汽冷凝液消融氣相膜片上的結(jié)晶物。雙法蘭雙法蘭差壓變送器的膜片是感壓元件，只有保持膜片因壓力變化而產(chǎn)生自由形變的特性，變送器才能正常工作。但在尿素精餾塔的工況下，氣相膜片上很容易形成甲銨和尿素的結(jié)晶物，若不及時(shí)消融，隨著時(shí)間的推移，結(jié)晶物會(huì)越結(jié)越多并固化，嚴(yán)重阻礙膜片對(duì)壓力的傳導(dǎo)，毛細(xì)管雙法蘭變送器也就無(wú)法正常準(zhǔn)確地測(cè)量液位的變化了。為此，選用316L 材料的不銹鋼板加工了一個(gè)厚度為 18mm，內(nèi)直徑比氣相膜片稍大的過(guò)渡環(huán)，在其正上方開(kāi)一個(gè)8mm 的導(dǎo)淋孔，其尺寸圖如圖 1 所示。在安裝雙法蘭差壓變送器氣相法蘭時(shí)，將過(guò)渡環(huán)安放在設(shè)備法蘭與變送器法蘭之間，并保持導(dǎo)淋孔在正上方。投入使用后，從導(dǎo)淋孔注入成線狀的蒸汽冷凝液細(xì)流，由于甲銨和尿素結(jié)晶物有遇水即融的特性，這樣氣相膜片上就不會(huì)有結(jié)晶物了。
用過(guò)渡環(huán)片阻擋液面波動(dòng)的沖擊沖刷力。工況條件下，精餾塔分離器內(nèi)的液面是很不平靜的。在汽提汽流的作用下，里面的液體介質(zhì)上下翻滾，液面形成浪涌不斷沖擊氣相法蘭的波紋膜片，加之溫度又高，膜片本身又薄，只有 0． 4 ～ 0． 5mm，在連續(xù)不斷的沖擊沖刷下，膜片逐漸減薄。與此同時(shí)，隨著壓力的瞬息變化，膜片也處在不停的形變中，會(huì)產(chǎn)生金屬疲勞。當(dāng)膜片薄到一定程度，承受不住壓力或液面波動(dòng)的沖擊力時(shí)，就會(huì)破裂，甚至慢慢從法蘭上剝落，填充液也會(huì)滲漏掉，雙法蘭差壓變送器也就不能正常工作，準(zhǔn)確測(cè)量液位變化了。為此，在加工過(guò)渡環(huán)時(shí)，特意將它設(shè)計(jì)成瓶蓋狀，其正面底板厚度為 5mm。為了氣相正常引壓，在過(guò)渡環(huán)內(nèi)側(cè)底板底部，也就是冷凝液導(dǎo)淋孔正下方，開(kāi)了 3 個(gè) 8mm 的引壓孔，這樣一來(lái)，壓力可以無(wú)阻礙地傳導(dǎo)至氣相波紋膜片上，但因?yàn)檫^(guò)渡環(huán)有底板的存在，液面的沖擊沖刷力被底板阻擋卸除了，作用不到膜片上，對(duì)膜片的損傷也就不存在了。
3 實(shí)踐驗(yàn)證
在該公司生產(chǎn)裝置一次大修時(shí)( 2016 年) ，按計(jì)劃對(duì)三期尿素精餾塔測(cè)量液位的雙法蘭雙法蘭差壓變送器，在氣相法蘭上作了以上 3 項(xiàng)改進(jìn)。大修后裝置開(kāi)車(chē)投用至今，變送器工作一切正常，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)以往#多正常工作半年的時(shí)間。并且，變送器對(duì)精餾塔液位變化反應(yīng)也很靈敏、準(zhǔn)確，與調(diào)節(jié)閥組成的自調(diào)回路，可以根據(jù)工藝需要，將液位平穩(wěn)控制在測(cè)量范圍內(nèi)的任一高度，為裝置安全高效生產(chǎn)提供了可靠的測(cè)控保障。
4 結(jié)束語(yǔ)
雙法蘭差壓變送器在化工生產(chǎn)中使用較為廣泛，因工況不同而出現(xiàn)的故障也千差萬(wàn)別，筆者專門(mén)針對(duì)氣相膜片損壞的故障現(xiàn)象，作了縝密的原因剖析，找準(zhǔn)了波紋膜片損壞的根源，并分別作了針對(duì)性的應(yīng)用改進(jìn)措施，解決了氣相膜片損壞的問(wèn)題。在化工生產(chǎn)中，介質(zhì)易結(jié)晶的工況很多，不管是測(cè)壓力還是測(cè)液位，都可試著按此思路和方法，加以改進(jìn)應(yīng)用。
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